华南师范大学硕士论文答辩模(版本).pptVIP

2012年度硕士论文答辩;论文题目：肿瘤细胞DNA样品基于二次谐波发生（SHG）的非线性光谱学成像 学位申请人：罗冬梅 专业名称：光学 研究方向：生物组织的二次谐波成像 所在院系：生物光子学研究院 导师姓名和职称：金鹰 副教授 2012.06.04 ;contents;SHG于1961年首次被Franken发现： 当两个具有相同基频的光子同时与具有非对称结 构的样品相互作用时，散射产生恰好双倍于激发 频率的二次谐波光信号（半波长，双倍能量）。 ;SHG成像特点 对生物组织无光损伤和光致毒。 SHG具有高度的方向性。 无需外源性标定物即可实现成像。 SHG显微成像不受前向发射性质的限制，可以与其它显微 成像装置联合成像，如TPEF、OCT等联合使用，进行成像 比较，实现信号互补。 ;SHG在生物学领域的应用;研究内容： 利用TPEF/SHG光谱学成像技术对不同DNA样品进行检测，来获取 DNA样品（基因组DNA溶液、细胞核提取物以及培养细胞的细胞核） 的SHG信号并进行高解析度成像。在实验结果的基础上通过对培养细 胞添加少量的乙醇（体积比小于5% ）可以得到SHG信号。 在此基础 上，探讨乙醇对DNA构象的影响。 ;介质在强激光作用下，电极化强度与入射辐射的 场强E之间的关系可以表示为： P=χ (1) E +χ (2) E2+χ (3) E3 χ(1)是介质的一阶线性极化率； χ(2)和 χ(3)分别表示介质的二阶、三阶非线性极化率； χ(2)E2正是二次谐波和双光子荧光激发等二阶非线性光学产生的根源。 SHG的产 生与介质的二阶非线性极化率的存在率有关，χ(2)不为零。χ(2)与材料本身的特性有关 ，它反映了分子的中心对称性、介质分子排列和取向等细微结构。 ;二次谐波的产生条件： （1）非中心对称结构 （2）相位匹配 ;相位匹配 传播中的基波和不断产生的倍频极化波之间保持相位一致，相互干 涉，当相位完全匹配时产生的二次谐波输出功率最大。实际上就是 要求入射光与二次谐波倍频光在介质中的折射率相等（即传播速度 相同）。 ; 钛宝石飞???激光器发出的超短 脉冲激光通过声光调制器后到达双光 子激光扫描显微镜作为激发光，经过 主二向色性光束分束器由油浸物镜聚 焦到样品上，样品在基频光激发下产 生背向二次谐波再经油浸物镜收集， 经过红外光束滤色片滤除漫反射的基 频光后将激发光输送到META探测， 由探测器探测后转变为电信号传输至 计算机。;人肝癌细胞系BEL-7420购于中国科学院上海生命科学研究院细胞资源中心。;基因组DNA溶液的发射光谱;  细胞核提取物的成像与光谱;  培养细胞的SHG/TPEF成像;结论： 基因组DNA和细胞核提取物DNA均能产生SHG信号，且 细胞核提取物的SHG/TPEF信噪比明显高于基因组DNA的 SHG/TPEF信号。 常规状态下几乎观测不到来自培养细胞的细胞核核区的SHG信号。通过在培养基中添加少量无水乙醇（体积比小于5%），可以在培养细胞的细胞核区域检测到SHG信号。;DNA产生二次谐波的原因： （1）DNA由核苷酸分子构成，核苷酸是手性分子，满足非中 心对称结构； （2）DNA的反向平行的双螺旋结构在一定的电场激发下，能 够实现相位匹配，满足产生SHG的产生条件。; 在真核细胞中，DNA以非常致密的形式存 在于细胞核中； 基因组DNA是以线性双链的形态的存在于 溶液中，DNA致密程度远低于细胞核DNA。 ;在细胞中DNA主要以B型构象存 在，也包括Z型和A型构象。;当加入乙醇到DNA溶液中，使得溶液中 水活性降低，致使结合到DNA上的水分子 数减少，原来被水分子支撑而伸展的DNA 沟槽收缩，大沟槽变得更窄更深，小沟槽 变得更宽更浅，使得DNA整体外形变得更 短，从而导致DNA构象由B型向A型转变， 这种转变将改变双螺旋结构中大沟槽和小 沟槽的氢键类型。; DNA随着乙醇浓度的增大稳定性会降 低，推测当加入乙醇到培养的细胞中，乙 醇小分子会通过核孔进入到细胞核内，致 使DNA的稳定性降低从而使DNA与蛋白质 的结合松散，使双链处于较松散的状态， 有利于DNA与RNA结合致使构象发生改变。;反射式背向二次谐波信号强度由以